Andrey Geim, moderni fizičar znanstvenika: biografija, znanstvena postignuća, nagrade i nagrade

Sir Andrey Konstantinovich Geim je punopravni član Kraljevskog društva, zaposlenik Sveučilišta u Manchesteru i britanski-nizozemski fizičar, rođen u Rusiji. Zajedno s Konstantinom Novoselovom 2010. godine dobio je Nobelovu nagradu za fiziku za svoj rad na grafenu. Trenutno je profesor Regius i ravnatelj Centra za mesognoziju i nanotehnologiju na Sveučilištu u Manchesteru.

Andrey Geim: Biografija

Rođen je 21.10.58 u obitelji Konstantina Alekseyevich Geima i Nine Nikolaevne Bayer. Njegovi roditelji bili su sovjetski inženjeri njemačkog podrijetla. Prema Geimu, baka njegove majke bila je židovska, a patio je od antisemitizma, jer mu se zvuči židovsko. Ima brata Vladislava. Godine 1965. obitelj se preselila u Nalchik, gdje je studirao na školi specijaliziranoj za engleski jezik. Nakon što je diplomirao s počastima, dvaput je pokušao ući u MEPhI, ali nije prihvaćen. Tada je poslao dokumente MFTI-u, a ovaj put uspio je. Prema njegovim riječima, studenti su proučavali vrlo teško - pritisak je bio toliko jak da ljudi često slomio i napustio školu, a neki završio s depresijom, shizofrenija i samoubojstvo.

Akademska karijera

Andrei Geim diplomirao je 1982. godine, a 1987. godine postao je kandidat znanosti iz područja fizike metala na Institutu za čvrstoću fizike Ruske akademije znanosti u Chernogolovki. Prema znanstveniku, tada nije želio slijediti taj smjer, preferirajući fiziku elementarnih čestica ili astrofizike, ali danas je zadovoljan svojim izborom.

Geim je radio kao istraživač na Institutu za tehnologiju mikroelektronike u Ruskoj akademiji znanosti, a od 1990. na sveučilištima Nottingham (dva puta), Bathu i Kopenhagenu. Prema njegovim riječima, u inozemstvu je mogao napraviti istraživanja, a ne mora se baviti politikom, pa je odlučio napustiti SSSR.

Radite u Nizozemskoj

Njegov prvi s punim radnim vremenom položaj Andre Geim osvojio 1994. godine, kada je postao docent Sveučilišta u Nijmegenu, gdje se fokusirao Lazić supravodljivosti. Kasnije je dobio nizozemsko državljanstvo. Jedan od njegovih diplomiranih studenata bio je Konstantin Novoselov, koji je postao njegov glavni znanstveni partner. Ipak, prema Geimu, njegova akademska karijera u Nizozemskoj bila je daleko od oblaka. On je ponudio profesura na Nijmegen i Eindhoven, ali on je to odbio jer je našao nizozemski akademski sustav je previše hijerarhijski i izvršenje sitne politike, to je vrlo sličan Britancima, gdje svaki zaposlenik je jednaka. U svom Nobelove predavanja igra kasnije je rekao da je ova situacija je malo nestvarno, jer je izvan sveučilišta je toplo pozdravljen posvuda, uključujući i njegov nadzornik i drugih znanstvenika.

Prijelaz u UK

U 2001, igra je postao profesor fizike na Sveučilištu u Manchesteru, a 2002. imenovan je direktor mezonauki i nanotehnologiji Manchester Center i prof Lenguorti. Supruga i njegov dugogodišnji koautor Irina Grigorieva također su se preselili u Manchester kao učitelj. Kasnije im se pridružio Konstantin Novoselov. Od 2007. Geim je postao viši znanstveni savjetnik Vijeća za inženjerstvo i fizikalna istraživanja. U 2010. godini Sveučilište Nijmegen imenovalo ga je profesorom inovativnih materijala i nano-znanosti.

istraživanje

Uspio je pronaći jednostavan način izoliranja jednog sloja grafitnih atoma, poznatog kao grafena, u suradnji sa znanstvenicima sa Sveučilišta u Manchesteru i IMT-a. U listopadu 2004. godine grupa je objavila rezultate svog rada u časopisu Science.

Grafen se sastoji od sloja ugljika, čiji su atomi raspoređeni u obliku dvodimenzionalnih heksadera. To je najtanji materijal na svijetu, a također i jedan od najspornijih i čvršćih. Tvar ima mnogo potencijalnih primjena, a izvrsna je alternativa siliciju. Prema Geima, jedna od prvih aplikacija grafena može biti razvoj fleksibilnih zaslona osjetljivih na dodir. Nije patentiran novim materijalom, jer bi za to trebao određeni opseg i partner u industriji.

Fizičar je bio uključen u razvoj biomimetskog ljepila, koji je postao poznat kao gecko traka zbog ljepljivosti gekonskih udova. Ove su studije još uvijek u ranoj fazi, ali već daju nadu da će se u budućnosti ljudi moći penjati na stropove poput Spider-Mana.

Godine 1997., Geim razmotriti moguće učinke magnetizma na vodu, što je dovelo do poznate otvaranje izravne dijamagnetskog levitacije vode, koja je poznata po svojoj demonstracije lebdjeti žabu. Također je radio na supravodljivosti i bio je angažiran u mezoskopskoj fizici.

Što se tiče odabira subjekata njegova istraživanja, Geim je rekao da je prezreo pristup kad mnogi ljudi odabiru temu za doktorsku disertaciju, a zatim nastavljaju istu temu sve do umirovljenja. Prije nego što je dobio svoj prvi redovni rad, promijenio je pet tema pet puta, i to mu je pomoglo da nauče puno.

Godine 2001. imenovao je koautor svog voljenog hrčka Tishu.

Povijest otkrivanja grafena

U jednoj od jesenskih večeri 2002. Andrei Geim nagađao je o ugljiku. On je specijalizirana za mikroskopski tankim materijalima i pitali kako najsuptilniji slojevi materijala mogu se ponašati u određenim eksperimentalnim uvjetima. Grafit se sastoji od valentnih filmova, je očito da kandidat za istraživanja, ali su standardne metode izolacije uzoraka ultra-tankog će biti pregrijan i uništili. Stoga Heim uputio jedan od novih diplomskih Da Jiang pokušati dobiti tako tanki uzorak, koliko je to moguće, barem nekoliko stotina atomskih slojeva, poliranje grafit kristalno veličine jednog inča. Nekoliko tjedana kasnije, Jiang je donio zrno ugljika u Petrijevu posudu. Nakon što ga je proučavao pod mikroskopom, Geim ga je zamolio da pokuša ponovno. Jiang je rekao da je to sve što je ostalo od kristala. U vrijeme kad je igra ga u šali zaprijeti da student izbrisani planinu da bi zrno pijeska, jedan od njegovih starijih kolega vidio u smeće gruda koriste samoljepljivu traku, od kojih je ljepljiva strana je prekrivena sivom, pomalo sjajni film grafita ostataka.

U laboratorijima diljem svijeta, istraživači koriste traku za testiranje adhezivnih svojstava eksperimentalnih uzoraka. Slojevi ugljika, grafita, komponente vezani slabo (s, npr. 1564 materijal se koristi u olovaka, što ostavlja trag na vidljivu papira), tako da je traka razdvaja lako ljuštiti. Heim je stavio komad ljepljive trake pod mikroskopom i ustanovio da je debljina grafita manja od onoga što je dosad vidio. Sklopivši, stiskajući i prekidajući traku, uspio je postići još suptilnije slojeve.

Geim su prvi izolirali dvodimenzionalne materijala: ugljik monatomic sloj koji pod mikroskopom atomske je ravnina rešetke šesterokute, nalik saće. Teorijski fizičari tvar koja se zove grafena, ali oni nisu predvidjeli da se može dobiti na sobnoj temperaturi. Mislili su da će materijal padati u mikroskopske kugle. Umjesto Heym vidio grafen ostaje u jednoj ravnini, koji je obrađenu kao sredstvo za stabiliziranje.

Graphene: izvanredna svojstva

Andrei Geim pribjegao se poslijediplomskom studentu Konstantinu Novoselovu, a počeli su proučavati novu tvar četrnaest sati dnevno. U naredne dvije godine proveli su niz eksperimenata, tijekom kojih su otkrivena nevjerojatna svojstva materijala. Zbog svoje jedinstvene strukture, elektroni, bez utjecaja drugih slojeva, mogu se kretati oko rešetke nesmetano i neobično brzo. Vodljivost grafena je tisuće puta veća od bakra. Prvo otkriće za Heim bilo je promatranje izraženog "polja djelovanja", očitovanog u prisutnosti električnog polja, što omogućuje kontrolu provodljivosti. Ovaj efekt je jedna od glavnih karakteristika silicija koja se koristi u računalnim čipovima. To sugerira da grafient može biti zamjena za njega, koji proizvođači računala traže dugi niz godina.

Put do priznanja

Igra i Constantine Novoselov napisali su tri stranice rada koji opisuju njihova otkrića. Priroda je odbacila dvaput, a jedan recenzent izjavio je da je izolacija stabilnog dvodimenzionalnog materijala nemoguća, a druga ne vidi u njemu "dovoljan znanstveni napredak". No, u listopada 2004. članak pod naslovom „Utjecaj električnog polja u atoma ugljika debljine filma” objavljena u časopisu Science, nakon što je napravio veliki dojam na znanstvenika - pred njima fantastika postaje stvarnost.

Lavina otkrića

Laboratoriji širom svijeta započeli su istraživanje pomoću Heimove tehnologije ljepljivih traka, a znanstvenici su identificirali i druga svojstva grafena. Iako je bio najtanji materijal u svemiru, bio je 150 puta jači od čelika. Graphen je bio savitljiv, poput gume, i mogao bi se protezati do 120% svoje dužine. Zahvaljujući istraživanju Philipa Kim, a zatim i znanstvenika sa Sveučilišta Columbia, otkriveno je da je ovaj materijal još električnije vodljiviji nego što je prethodno ustanovljeno. Kim je grafen smještena u vakuumu, gdje nema drugih materijala nije mogao usporiti kretanje subatomske čestice i pokazao da ima „mobilnost” - stopa po kojoj se električni naboj prolazi kroz poluvodič - 250 puta veća od silicija.

Tehnologija utrke

U 2010, šest godina nakon otkrića, koje su napravili Andrey Geim i Konstantin Novoselov, još uvijek dobivaju Nobelovu nagradu. Tada su mediji nazvali grafene "čudotvorni materijal", tvar koja "može promijeniti svijet". Prilazi akademskih istraživača u području fizike, elektrotehnike, medicine, kemije i drugih. Izdani patenti za korištenje grafena u baterijama, fleksibilni ekrani, sustavi desalinizacije vode, naprednih solarnih baterija, ultrabrzih mikro računala.

Znanstvenici u Kini stvorili su najlakši materijal na svijetu - grafene-zraka. To je 7 puta lakši od zraka - jedan kubni metar tvari teži samo 160 g. Graphene airgel nastaje zamrzavanjem gela koji sadrži grafen i nanocjevčice.

Sveučilište u Manchesteru, gdje rade Geim i Novoselov, britanska vlada je uložila 60 milijuna dolara za stvaranje na temelju nje Nacionalni institut za grafena, što bi omogućilo zemlji da se na nivou najboljih svjetskih patenata nositelja - Koreji, Kini i SAD-u, koji je započeo utrku za stvaranje prvog u svijetu revolucionarnih proizvoda temeljenih na novom materijalu.

Počasni naslovi i nagrade

Eksperiment s magnetskom levitacijom žive žaba nije donio točno rezultat koji očekuje Michael Berry i Andrei Geim. Nagrada Shnobelev im je dodijeljena 2000. godine.

Godine 2006. Geim je dobio nagradu Scientific American 50.

Godine 2007. Institut za fiziku dodijelio mu je nagradu Mott i medalju. Istodobno, Geim je izabran za člana Kraljevskog društva.

Geim i Novoselov podijelili su nagradu Eurofizika 2008. za otkriće i izolaciju monatomskog ugljika i određivanje svojih izvanrednih elektronskih svojstava. Godine 2009. dobio je nagradu Kerber.

Još jedan bonus Andrei Geim, po imenu John Carter, koji je nagrađen američki National Academy of Sciences u 2010, je dobio „za eksperimentalnu realizaciju i istraživanje grafena, dvodimenzionalni oblik ugljika.”

Također u 2010. primio je jedno od šest počasnih profesija Kraljevskog društva i Hughesovu medalju "za revolucionarno otkriće grafena i prepoznavanje svojih izvanrednih svojstava". Bio je nagrađen počasnim doktoratima na Delftovom tehničkom sveučilištu, Visokoj tehničkoj školi u Zürichu, sveučilištima Antwerpenu i Manchesteru.

Godine 2010. postao je Knezom reda Nizozemskog lava za doprinos nizozemskoj znanosti. Godine 2012., za svoje usluge znanosti, Geim je unaprijeđen na prvostupanjsku maturu. U svibnju 2012. izabran je za stranog dopisnog člana Američke akademije znanosti.

Nobelov laureat

Geim i Novoselov za revolucionarnu istraživanje grafena je dobio Nobelovu nagradu za fiziku 2010. godine, rasprava o dodjeli, Geim rekao kako ne očekuje da ga ove godine, te se neće promijeniti svoje planove za budućnost u tom pogledu. Moderni znanstvenik-fizičar izrazio je nadu da će grafene i drugi dvodimenzionalni kristali promijeniti svakodnevni život čovječanstva na isti način kao i plastični. Nagrada mu napravi prvi čovjek koji je osvojio Nobelovu nagradu i Ig Nobelovu nagradu istovremeno. Predavanje je održano 8. prosinca 2010. godine na Sveučilištu u Stockholmu.